[發明專利]一種熱耦合抗低溫鋰離子電池

在審

• 申請號: 201711188869.3
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN109841893A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 鄧昌滬;王敏
• 申請（專利權）人: 王敏;鄧昌滬
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種熱耦合抗低溫鋰離子電池，主要由鋰離子電池、碳層電熱薄膜、溫度控制器、溫度電阻組成，碳層電熱薄膜緊貼于鋰離子電池的兩面，碳層電熱薄膜通電時表面發熱，碳層電熱薄膜表面的熱量傳導至鋰離子電池，鋰離子電池獲得熱量，溫度上升，與此同時，鋰離子電池在放電過程自身產熱，鋰離子電池自身產熱與碳層電熱薄膜加熱形成熱耦合，使鋰離子電池溫度上升速度進一步加快，溫度上升至設定溫度時，溫度控制器斷開碳層電熱薄膜與鋰離子電池電路，碳層電熱薄膜停止工作，鋰離子電池進入常溫態工況。放電容量即可恢復到常溫工況，改善了現有鋰離子電池在低溫下性能劣化的缺陷，使得電池在極端氣候特別是在較低的溫度下也能提供供電保障。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，特別是一種熱耦合抗低溫鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池因具有質量輕、比能量高及壽命長等優點，廣泛用于各種電子設備。尤其是軍用通信領域，無線通信基站電源，以及新能源汽車。軍用通信對電池特性具有更嚴格的要求，特別是在較低的溫度下也能提供供電保障，必須滿足極端氣候下的可靠性。

文獻記載，研究表明LiCoO₂/C鋰離子電池常溫和低溫特性差異，-20℃溫度下，起始放電僅3.8V，比常溫時放電降低了0.35V，在放電過程中，電池電壓下降速度較快，整個放電過程中無明顯的放電電壓平臺，放電容量也減少30％[陳繼濤，周恒輝，倪江鋒，常文保，慈云祥C/LiCoO₂系鋰離子電池低溫充放電性能[J]電池2003(34)2，89～91]。導致鋰離子電池低溫下容量下降主要由以下三方面因素：

①電解液的鋰離子傳輸性能差；

②充電過程中由于金屬鋰的沉積，導致電解液的分解；

③鋰離子在石墨負極中的擴散阻力大。

文獻記載：碳負極在低溫下，鋰離子嵌入碳負極的擴散速度，比鋰離子從碳層中脫出時的擴散速度更慢，在低溫條件下充電時，負極表面容易造成鋰的析出與沉積，沉積出的金屬鋰比表面積大，具有高度的反應活性，與電解液發生不可逆反應，從而致使電池的容量不可逆的降低[陳猛，付慶茂，楊春林，文鐘晨，賴春艷，解晶瑩，史鵬飛，三電極電池用于鋰離子電池低溫性能研究[J]，中國稀土學報，2004，(22)專輯，173～176]

低溫下正、負極顆粒固相傳輸離子阻抗的增大，導致低溫下電池大電流充電性能的惡化，大電流充電時，固相傳輸的速率限制了鋰離子的脫出和嵌入，正極顆粒內的鋰離子來不及補充顆粒外部脫出的鋰離子，顆粒內、外層就產生濃差極化。

鋰離子電池低溫條件下性能劣化，也存在其它物理因素，隨著溫度降低，電池內部各相，其物理特性也隨之變化，液相向固相轉化，電解液的部分溶劑凝固，導致離子遷移困難，導電能力下降，通過加入低凝固點的小分子溶劑改善溶劑低溫凝固，會明顯提高低溫導電能力，但是采用小分子溶劑會導致腐蝕電極集流體，和帶來負極表面化成不良問題。

隔膜由柔性向剛性轉變，極片涂層中膠體化合物，其剛度不斷隨溫度降低而增加，原來屈服狀態的層間空間，因屈服狀態變成剛性應力而增大，導致的離子遷移阻力增大，從而使內阻增加，有效容量減少。

影響鋰離子電池低溫性能劣化，還包括SEI膜電阻、界面電荷傳遞電阻增大，鋰離子通過SEI膜擴散系數降低。

隔膜在低溫下的電解液潤濕性變差，導致的離子遷移阻力增大，低溫情況下這些因素都影響鋰離子電池低溫性能。

發明內容